年产18万吨合成氨合成工段工艺设计(附件)
合成氨是重要国民工业之一，其重要程度在于工业高效固氮有利于农业发展，有助于解决粮食问题，直接为人口增长、生产力发展提供基础动力。作为整个合成氨工业最重要的氨合成工段，涉及诸多复杂专业知识。本设计为年产18万吨合成氨合成工段的设计，旨在解决中型规模合成氨工业合成工业基本问题，提供参考数据。本合成工艺采用中压法和催化剂的条件，将精制的氢气氮气的混合原料气直接合成为氨，然后将所得的气中的氨从未合成为氨的混合气中冷凝分离出来，最后在未反应的混合气中补充一定量的新鲜气继续循环反应。本设计中采用成熟的半水煤气合成法以保证设计的准确与实用性。在物料衡算中出塔气氨含量达到21.2%，合成氨//，合成率为30.12%，由热量衡算得到合成塔、中置锅炉和塔外换热器的热量变化。根据ASME规范进行合成塔设计计算并校核可行性。最终汇总成果，绘制基本工业制图。关键词 合成氨，合成工段，半水煤气
目 录
1 引言 1
1.1 合成氨合成工段研究背景 1
1.2 中国合成氨装置规模 1
1.3 合成氨用途 1
2 合成氨技术概述 2
2.1 现代合成氨技术 2
2.2 具体合成氨合成工段流程概述 2
3 工艺计算 3
3.1 原始条件 3
3.2 物料衡算 4
3.3 热量衡算 27 4 设备的计算与选型 32
4.1 已知条件 32
4.2 受压部件设计计算 32
4.3 非受压部分的设计计算 40
4.4 氨合成塔起吊盖板的强度计算 43
5 环境保护与安全措施 48
5.1 三废处理概述 48
5.2 生产安全 49
6 氨合成塔原料气、循环气换热器材料、设计制造检验等要求 49
7 经济计算概算与项目管理 49
结论 49
致谢 51
参考文献 52
1 引言
1.1 合成氨合成工段研究背景
20世纪上半叶第一套合成氨装置安装投产，合成总方法大同小异，仿佛技术进 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
步达到了饱和，然而在环境保护、能耗降低、催化剂方面仍然有相当大的发展空间[1]。
中国合成氨工业发展壮大也有60多年历史，在60多年的努力中，中国氨产量位居世界首位。生产技术上，由原来只用煤炭、焦炉气发展到无烟煤、石脑油等多原料合成工业，其合成氨技术也达到了世界前列。目前，我国着重改良合成氨催化剂、二氧化碳排放等技术改进，以降低能耗为技术进步核心[2]。
1.2 中国合成氨装置规模
我国合成氨企业不同装置的生产能力之间往往相差很大，依据产量分类，我国合成氨装置可以分为大、中、小三类。
大型合成氨装置一般为300千吨/年为分界线，原料一般为天然气和燃油；小型合成氨装置以60千吨/年为上界，一般以焦炭等为主要原料。介于二者之间的装置一般为中型装置。
全国合成氨设备规模以大型为核心，并不间断改进大型合成氨设备的生产能力，相反，政策上，需要弱化中、小型合成氨装置生产能力。理由是大型装置一般为进口，技术先进、能耗不高、生产效益良好，相比之下中、小型合成氨装置则差一些[3]。
该毕业设计采用中型合成氨模型中18万吨作为设计对象。
1.3 合成氨用途
粮食生产离不开肥料，随着原材料成本锐减，通过工业合成的肥料，即化肥，占世界肥料使用的50%以上。肥料主要成分是氮及其化合物植物通过生物固氮包括自然界放电现象的自然固氮是早期固氮的主要形式，然而二者固氮效果太低，不适用于生产力不断进步的现代社会。合成氨为人工固氮给予了全新解决方案。据统计，合成氨为我们提供了一半以上的氮供应[4]。
粮食对于国家战略、人口发展、生产力进步有着重要推动作用，粮食作为刚性需求随着人口增加而不断增大[5]。2020年中国粮食总产为了实现6亿吨，这个任务要求平均一年需增加500万吨。这意味着，除了保证中央要求的18亿亩红线耕地以外，还应该增加化肥使用量[6]。实验统计，优良水稻单位产量是一般水稻的2倍左右，而为了达到这个水平，优良水稻单位吸收营养量是一般土地的3倍。综上所著，为了满足粮食刚性需求，除了确保耕地红线、提高种苗品质，还应该增施化肥[7]。
2 合成氨技术概述
2.1 现代合成氨技术
目前合成氨净化原料气的形式大致有三类，即烃类气化转化法和渣油部分氧化法和煤气化加压法。
其中，烃类蒸汽转化法是将一氧化碳转换，再脱去碳，最终甲烷化净化原料气；渣油局部氧化法和煤加压气化法则将原料气经过耐硫变换催化剂以一氧化碳变换，通过低温甲醇脱去硫、碳，最终通过液氮或者称为冷法净化来实现原料气净化。
制气和净化流程技术工艺在各个合成氨工艺包中有着不同的合成技术包，包括托普索、凯洛格等合成氨工艺流程和凯洛格、帝国化学工业的低耗能工艺流程等[8]。
2.2 具体合成氨合成工段流程概述
压缩后的新鲜原料气在滤油器混合于循环混合气，在分离油水之后泵出总管进入冷凝塔顶部，通过换热器预冷却之后进入分气盒，经过中心管进入氨冷气进一步冷却，冷却后冷气在冷凝塔底部二次进入氨分离器进行液氨分离，分离后的氨气在冷凝塔排出，冷气进入换热器再一次换热冷却后从出口排出。
其中分为两纵分流，两纵汇聚后，进入外部换热表层，其中25%的气体通过V6作为冷激气，由上层进入氨合成塔在冷激器中与第一层出口气体间接换热。另一部分由V7与V4的气体混合由下往上进入合成塔，通过换热器与塔二气体混合进入顶层。触媒反应，由下部换热器从塔下部出口出塔。
出塔后，进入U型管下层冷却，有顶部降温至常温，进入氨分离器分离一部分液氨，另一部分循环压缩为循环气进入前一个步骤[9]。
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图2.1 合成氨合成工段流程
3 工艺计算
依据上文所提工艺流程开始原始条件收集以及物料、热量衡算。
3.1 原始条件
（1） 年产180kt，年生产能力减去维修检查耗时后按330天核算
目 录
1 引言 1
1.1 合成氨合成工段研究背景 1
1.2 中国合成氨装置规模 1
1.3 合成氨用途 1
2 合成氨技术概述 2
2.1 现代合成氨技术 2
2.2 具体合成氨合成工段流程概述 2
3 工艺计算 3
3.1 原始条件 3
3.2 物料衡算 4
3.3 热量衡算 27 4 设备的计算与选型 32
4.1 已知条件 32
4.2 受压部件设计计算 32
4.3 非受压部分的设计计算 40
4.4 氨合成塔起吊盖板的强度计算 43
5 环境保护与安全措施 48
5.1 三废处理概述 48
5.2 生产安全 49
6 氨合成塔原料气、循环气换热器材料、设计制造检验等要求 49
7 经济计算概算与项目管理 49
结论 49
致谢 51
参考文献 52
1 引言
1.1 合成氨合成工段研究背景
20世纪上半叶第一套合成氨装置安装投产，合成总方法大同小异，仿佛技术进 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
步达到了饱和，然而在环境保护、能耗降低、催化剂方面仍然有相当大的发展空间[1]。
中国合成氨工业发展壮大也有60多年历史，在60多年的努力中，中国氨产量位居世界首位。生产技术上，由原来只用煤炭、焦炉气发展到无烟煤、石脑油等多原料合成工业，其合成氨技术也达到了世界前列。目前，我国着重改良合成氨催化剂、二氧化碳排放等技术改进，以降低能耗为技术进步核心[2]。
1.2 中国合成氨装置规模
我国合成氨企业不同装置的生产能力之间往往相差很大，依据产量分类，我国合成氨装置可以分为大、中、小三类。
大型合成氨装置一般为300千吨/年为分界线，原料一般为天然气和燃油；小型合成氨装置以60千吨/年为上界，一般以焦炭等为主要原料。介于二者之间的装置一般为中型装置。
全国合成氨设备规模以大型为核心，并不间断改进大型合成氨设备的生产能力，相反，政策上，需要弱化中、小型合成氨装置生产能力。理由是大型装置一般为进口，技术先进、能耗不高、生产效益良好，相比之下中、小型合成氨装置则差一些[3]。
该毕业设计采用中型合成氨模型中18万吨作为设计对象。
1.3 合成氨用途
粮食生产离不开肥料，随着原材料成本锐减，通过工业合成的肥料，即化肥，占世界肥料使用的50%以上。肥料主要成分是氮及其化合物植物通过生物固氮包括自然界放电现象的自然固氮是早期固氮的主要形式，然而二者固氮效果太低，不适用于生产力不断进步的现代社会。合成氨为人工固氮给予了全新解决方案。据统计，合成氨为我们提供了一半以上的氮供应[4]。
粮食对于国家战略、人口发展、生产力进步有着重要推动作用，粮食作为刚性需求随着人口增加而不断增大[5]。2020年中国粮食总产为了实现6亿吨，这个任务要求平均一年需增加500万吨。这意味着，除了保证中央要求的18亿亩红线耕地以外，还应该增加化肥使用量[6]。实验统计，优良水稻单位产量是一般水稻的2倍左右，而为了达到这个水平，优良水稻单位吸收营养量是一般土地的3倍。综上所著，为了满足粮食刚性需求，除了确保耕地红线、提高种苗品质，还应该增施化肥[7]。
2 合成氨技术概述
2.1 现代合成氨技术
目前合成氨净化原料气的形式大致有三类，即烃类气化转化法和渣油部分氧化法和煤气化加压法。
其中，烃类蒸汽转化法是将一氧化碳转换，再脱去碳，最终甲烷化净化原料气；渣油局部氧化法和煤加压气化法则将原料气经过耐硫变换催化剂以一氧化碳变换，通过低温甲醇脱去硫、碳，最终通过液氮或者称为冷法净化来实现原料气净化。
制气和净化流程技术工艺在各个合成氨工艺包中有着不同的合成技术包，包括托普索、凯洛格等合成氨工艺流程和凯洛格、帝国化学工业的低耗能工艺流程等[8]。
2.2 具体合成氨合成工段流程概述
压缩后的新鲜原料气在滤油器混合于循环混合气，在分离油水之后泵出总管进入冷凝塔顶部，通过换热器预冷却之后进入分气盒，经过中心管进入氨冷气进一步冷却，冷却后冷气在冷凝塔底部二次进入氨分离器进行液氨分离，分离后的氨气在冷凝塔排出，冷气进入换热器再一次换热冷却后从出口排出。
其中分为两纵分流，两纵汇聚后，进入外部换热表层，其中25%的气体通过V6作为冷激气，由上层进入氨合成塔在冷激器中与第一层出口气体间接换热。另一部分由V7与V4的气体混合由下往上进入合成塔，通过换热器与塔二气体混合进入顶层。触媒反应，由下部换热器从塔下部出口出塔。
出塔后，进入U型管下层冷却，有顶部降温至常温，进入氨分离器分离一部分液氨，另一部分循环压缩为循环气进入前一个步骤[9]。
/
图2.1 合成氨合成工段流程
3 工艺计算
依据上文所提工艺流程开始原始条件收集以及物料、热量衡算。
3.1 原始条件
（1） 年产180kt，年生产能力减去维修检查耗时后按330天核算
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